四网融合下城市群城际铁路一体化运营标准体系研究

从国内现阶段城市群多层次轨道交通发展新要求出发,以城市群城际铁路进入主城区与市域铁路和城市轨道交通衔接,实现一体化运营为目标,深入分析城市群城际铁路的功能定位和技术特征,研究制约四网融合及互联互通的主要问题,分析现阶段运营技术标准的缺失及相关需求。基于“网络化运营、互联互通、资源共享、集约利用”的理念,提出城市群城际铁路一体化运营技术标准构建的技术路线和发展目标,同时基于工程全生命周期对实现一体化运营的互联互通技术进行系统分析,提出构建包括“互联、互通、互维、互运”的总体框架和主要技术要求。

新型高速列车风阻制动装置设计与仿真分析

运行时速超过350 km的高速列车在高速阶段辅助制动或紧急制动时,风阻制动是一种行之有效的制动措施。研制综合气动性能优越及适用性广的风阻制动装置是下一代时速400+km高速列车开发中亟待解决的关键技术问题之一。在总结分析现有技术的可行性和实用性的基础上,提出了新型风阻制动装置的设计理念和方法,重点从满足多级协同制动、优化气动性能、降低气动噪声及减弱结构振动等方面考虑开发实施,完成了窗形风阻制动装置及其改进型设计方案。结果表明:通过前后设置的沿安装基座前后边缘转动开启的2排风阻制动板进行多模式选择制动,有效克服了传统风阻制动板从前往后开启所造成的气动噪声剧烈、颤振及后排风阻制动板制动效率低等问题;同时,采用自馈补偿和板型导流两种制动补偿方式对风阻制动装置的二次空气动力学性能进行优化设计,进一步改善了装置制动工作时的外围流场结构,最大程度避免了非制动状态下附加气动阻力的形成;针对风阻制动装置的传动控制,创新性地设计了电路模拟控制和液压驱动控制方案。以运行时速为400 km的CR400AF平台动车组单节车辆装配单组改进型窗形风阻制动装置为计算模型,模拟得到装置在紧急制动时贡献的气动阻力为4.70 kN,产生的气动升力为1.13 kN,具备较好的高速阶段增阻特性。窗形风阻制动装置及其改进型设计方案在制动效率、风阻制动板利用率、空气动力学性能及气动噪声等方面表现出较强的优势。未来高速列车风阻制动装置的设计及应用需进一步从线路条件、运行风环境、瞬时启停性能、电控系统、结构振动及强度设计等方面开展实验研究。

速度400 km/h高速列车风阻制动装置布置的数值研究

基于三维定常可压的黏性流场N-S及k-ε双方程模型,以CR400AF平台动车组流线型外观为参考,装配新型“蝶形”风阻制动装置,模拟计算高速列车风阻制动装置不同布置状态时的气动特性,给出单排及多排制动风翼板布置的确定方法及最优方案。研究表明:在高速列车头车司机室流线型尾端连接处后2~5 m范围内设置安装首排制动风翼板,可有效为高速列车高速制动阶段提供较为可靠稳定的制动力,同时对首排制动风翼板工作时流固耦合及振动特性进行评估和说明;研究提出以列车制动需求为目标,纵向制动风翼板最优布置范围逐渐缩减的方式,通过计算流体动力学的方法确定制动风翼板设置位置及布置排数选择的研究方法,给出3节编组高速列车2排及3排制动风翼板最优布置方案。

叶片泵叶片倾角和定子内曲线对叶片受力的影响

叶片倾角和定子内曲线是提高双作用叶片泵性能的主要结构参数.以YZ-1型液压实验台双作用叶片泵为雏形,推导不同定子内曲线的建模公式,在SolidWorks中建立定子转子及叶片部件三维模型;在建立模型的基础上,借助ANSYS Workbench分析不同叶片倾角和定子内曲线下叶片的受力情况,并对分析结果进行比较探讨.

400 km/h高速列车“蝶形”风阻制动装置设计与仿真

为了进一步提高时速400 km高速列车风阻制动装置的工程应用可行性及科学性,有效弥补列车高速阶段制动力不足问题.本文基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε双方程模型,以CR400AF平台动车组流线型外观为雏形,装配新型“蝶形”风阻制动装置,分别建立不同工况流体动力学计算模型,对不带制动风翼板及带制动风翼板高速列车在不同速度等级条件的气动特性作了对比分析,同时重点分析计算了时速400 km/h高速列车首排制动风翼板紧急制动工作时在风载荷作用下的强度及振动特性.研究结果表明:不同速度等级工况下带首排制动风翼板较不带首排制动风翼板高速列车所受空气阻力有大幅增加,整车阻力系数从0.234增大至0.255;设计安装42Cr4材质首排制动风翼板高速列车400 km/h运行时,整车所受空气阻力增大约14.0%,首排制动风翼板所受气动载荷约为3.72 kN,作用下最大应力点出现在风翼板两侧上部拉杆连接处,远小于材料屈服极限,满足强度设计要求;高速列车首排制动风翼板前12阶模态振动所对应的固有频率范围为143.53~845.64 Hz,其中1~5阶主振型为风翼板上部前后弯曲及扭振,6~12阶逐渐扩展到下部和两侧的弯曲及扭振,同时伴有局部模态.

机车车辆轮轴不同过盈量装配应力研究

以CRH_(2T)轮对为雏形,利用SolidWorks Simulation有限元分析工具,分别针对规定范围内的不同过盈量建立轮轴过盈装配有限元模型,通过冷缩配合的方式进行装配应力分析。结果表明CRH_(2T)轮对轮轴压装完成后轮座及轮毂孔内柱面的应力沿轴向呈字母"W"型变化,即两侧应力最大,同时向中心位置逐渐减小,当减小到一最小值后又有所回升,到达轮座及轮毂孔中心位置时达到一个极大值。从计算结果还可发现:轮轴装配接触应力随着过盈量的增大呈线性增大变化,拟合所得线性函数可直接用于任意过盈量的轮轴装配接触应力计算。

铁路枢纽内动车组运维检修规模测算分析研究

鉴于在新建高速铁路枢纽内动车组配属、承担动车段(所)动车组检修工作量及检修设施规模测算结果中表现出不统一、不协调及不匹配等问题,提出以列车运行图、全周转时间及日车公里法为指标的3种枢纽内动车组配属规模测算方法,重点研究以动车组日车公里及全周转时间为主要指标,测算枢纽内动车组配属规模,同时给出承担动车段(所)动车组检修工作量及检修设施规模测算方法。研究结果表明采用动车组日车公里指标测算结果裕量较大,需结合枢纽内铁路主要技术标准、客流及行车方案等合理调整枢纽内动车组平均日走形公里指标,但该测算方法分析计算较为方便,适合应用于远期铁路枢纽规划投资及动车组车辆投产规模控制等方面。采用动车组全周转时间指标测算结果较为科学合理,能有效提高动车组使用率及运转率,同时在运维检修方面可有效降低检修资源的浪费,减少工程建设投资。

强侧风作用下带制动风翼板高速列车周围流场结构分析

基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε双方程模型,采用计算流体动力学方法对不同风向角强侧风作用下带制动风翼板高速列车及风翼板表面时均压力分布规律、周围时均流动结构及瞬态流动结构等气动效应进行了数值模拟.初步研究结果表明:强侧风影响下,列车外围流场结构复杂多变,随着风向角在0°~180°内逐渐增大,头车首排制动风翼板前后形成的高压区和低压区、头车司机室上方形成的低压区、尾车司机室与车身连接处形成的低压区及车顶形成的低压区影响范围呈先扩大后逐渐缩小的变化趋势;同时随着风向角的逐渐增大,列车头车和尾车鼻尖处形成的高压区域影响范围逐渐变小、减弱.

动车组绝缘子污闪分析及防控体系建立与可行性研究

以西安铁路局西安动车段配属的CHR2型动车组受电弓支撑绝缘子为对象,根据动车组受电弓高压系统的特点及西部高铁运行环境对受电弓支撑绝缘子的影响,深入研究了高压污闪防控技术在高铁动车组高压系统使用的可行性.着重分析了受电弓支撑绝缘子污闪预防的方法和原理,同时建立和推广了高铁动车组受电弓支撑绝缘子污闪防控体系,避免了由于受电弓支撑绝缘子污闪故障而造成的高铁晚点、停运和退票等不良影响,取得了良好的经济效益和社会效益.

强侧风对时速350 km高速列车气动性能影响分析

采用NURBS曲面设计方法完成对某型高速列车头车的三维数字化设计建模,基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε着方程湍流模型,利用有限体积数值模拟方法分析计算出列车的速度阻力函数关系,同时针对列车在不同风向角的强侧风环境中运行时压力场和速度场做了进一步研究。研究发现:在无风明线上运行时列车所受空气阻力与运行速度的平方成正比,侧风运行时随着风向角的扩大空气阻力系数呈现先增大后逐渐下降的变化趋势。流场分布结构复杂不规律,当侧风情况较为严重时正压区主要分布在迎风侧,负压区主要分布在背风侧和车顶部位,且负压表现更为强烈,列车前端滞止点向迎风侧发生偏移,致使迎风侧与背风侧产生巨大压差。

基于SolidWorks的CRH2轮轴过盈装配有限元分析

利用Solid Works软件模拟出高速动车组CRH2T轮对过盈配合的有限元模型,对轮轴压装完成后的轮座轮毂孔表面接触应力进行仿真分析,通过创建几何线提取探测点的方式研究了过盈压装后轮毂孔内表面上的接触应力的曲线变化情况及分布规律.结果表明接触表面接触应力从中间纵截面沿轴向相反方向呈凹二次抛物线变化,以致左右两端点出现差值为Δ的两应力极点.基于Solid Works Simulation的有限元分析对目前难以计算实验仿真的轮轴过盈分析提出了一种新的较为可靠的仿真计算方法.

350 km/h高速列车过特长双线隧道时表面压力分布数值模拟分析

基于三维定常不可压的黏性流场N-S及方程湍流模型,利用有限体积数值模拟方法分析计算出某型时速350km/h高速列车在明线及特长双线隧道内运行时的局部流场结构及压力波分布情况。研究发现:流场分布结构复杂且不规律,整体趋势上列车靠近隧道的一侧所受静压大于靠近中心线的一侧所受静压,同时迎风侧压力波动现象较为明显,且两侧所受静压沿列车长度方向逐渐减小;隧道方面:列车侧与无车侧内轮廓所受静压沿列车长度方向逐渐增大,然后于列车头部位置骤降并逐渐趋于平缓下降,到背风侧列车尾部位置突增达到一个极大值,然后逐渐下降并趋于稳定,列车侧内轮廓所受静压沿列车长度方向在靠近列车头车司机室部位,压力波动现象较为明显,且迎风侧压力波动现象较背风侧更为突出,无车侧基本无压力波动现象产生,轮廓静压分布沿着隧道底部逐渐向隧道顶部基本保持稳定。

CRH2型动车组轮轨接触计算及车轮强度CAE分析

为了分析计算CRH2型动车组在垂向静载荷作用下的车轮最大计算载荷,并确定轮轨接触斑的几何形状参数,利用SolidWorks软件模拟出车轮及静载下的轮轨接触有限元模型,并于Simulation中通过提取分割几何线的方法进行有限元图解分析。结果表明,垂向静载条件下车轮一周踏面横向位移呈三角函数曲线变化趋势,计算模拟仿真结果可用于横向稳定性计算、车轮动态横向响应曲线计算等,还可用于轨道几何参数和轮轨外形的合理选择。

动车组轴盘温度场及应力场数值模拟分析

以CRH2型动车组轴盘制动系统为雏形,基于摩擦功率法研究了轴盘热载荷计算方法及边界条件的确定。依据能量守恒法简化计算施加于制动盘体表面的热流密度,确定出列车紧急制动情况下平均强迫对流换热系数和平均自然对流换热系数的函数曲线关系。于ANSYS软件中模拟出CRH2型高速动车组紧急制动情况下轴盘制动盘的温度场分布和应力场大小。结果表明在制动过程中列车制动盘在开始制动瞬间表面温度迅速上升,当达到某一峰值后缓慢下降,直到制动停车。制动开始后盘体热应力急剧上升,然后随着速度逐渐降低得到缓解释放。

基于ANSYS的CRH2型动车组轴盘热应力分析

以CRH2型动车组制动系统轴盘为雏形,基于摩擦功率方法,进行轴盘热负荷计算研究及边界条件确定。依据能量守恒定律,采用简化计算施加制动盘体表面的热流密度方法,得出动车组紧急制动情况下,平均强迫对流换热系数和平均自然对流换热系数的函数曲线关系。基于ANSYS软件,仿真模拟出CRH2型动车组紧急制动条件下,轴装制动盘的温度场分布和应力场大小。结果表明:在制动过程中动车组制动盘在开始制动瞬间表面温度迅速上升,当t=20 s时达到峰值T_(max)后缓慢下降;制动开始后盘体热应力瞬间急剧上升,在t=9.6 s时达到最大值σ_(max)=238 MPa,随后逐渐呈下降趋势。最大应力值σ_(max)远远小于盘体材料常温下最大许用应力σ_b=785 MPa,符合CRH2型动车组轴盘材料及结构工况下使用条件和闸片的摩擦副要求及制动系统技术规定。热应力变化曲线和温度场分布曲线峰值前后存在步差,峰值变化趋势基本相同,即首先急剧上升到一个最大峰值,然后缓慢下降。

基于Inventor的多次曲线创建及其在叶片泵设计中的应用

应用Autodesk Inventor软件,分别以两种不同的设计方法对特殊复杂曲面的创建过程及相关设计的实用性和建模通用性进行探究,并用数学积分的思想进一步计算说明二者的之间的相关性和相似性.利用Inventor中提供的两种创建曲线的方法建立了液压系统中设计制造较为困难的叶片泵定子内高次曲线极坐标方程,并对其进行了二维参数化建模仿真设计,结果表明Inventor两种坐标环境切换模式对工业生产制造中高次复杂曲面的数模创建更具优越性.

南京枢纽新建南京北动车所的必要性及整体布局方案研究

针对国内在新建高速铁路枢纽内,动车组配属及承担动车段(所)动车组检修工作量、检修设施规模的测算结果中表现出的不统一、不协调及不匹配等问题,本文以新建南京枢纽南京北动车所工程项目为依托,研究确定枢纽内动车组配属规模设计、承担动车段(所)动车组检修工作量及检修设施规模测算理论,提出了以全周转时间及日车公里法为指标的2种枢纽内动车组配属规模测算方法。研究表明:采用日车公里法测算,当枢纽内动车组平均日走行公里指标取常见经验计算值2 000 km时,在不考虑检修动车组数量前提下计算的运用动车组数量及备用动车组数量比全周转时间测算法计算结果偏大约41%,配属动车组数计算结果偏大约20%,动车组存车线数及检查库线数计算结果偏大约35%,计算枢纽内动车组配属、承担动车段(所)动车组检修工作量及检修设施规模测算裕量较为充足。

高速列车风阻制动风翼板气动性能影响研究

当速度大于300 km/h的高速列车紧急制动时,风阻制动是一种行之有效的辅助制动措施。基于三维定常不可压的黏性流场N-S和k-ε双方程模型,采用计算流体动力学方法对带制动风翼板的高速列车气动性能做初步分析,分别从列车所受气动阻力、垂向力、横向力、流场气动干扰效应、气动噪声等方面对首排制动风翼板在不同纵向位置、不同迎风角度和不同组风翼板纵向布置的选择做了详细计算说明。初步研究表明:(1)当头车车顶安装单排制动风翼板的高速列车在行驶速度为350 km/h的过程中采取紧急制动时,列车所受的空气制动阻力比未安装风翼板时增大约45%,所受垂向升力增大约70%;(2)采用风阻制动时制动风翼板迎风面所受最大压力和平均压力随着速度增大从远环境压力值呈抛物线形式增加,所受最小压力从远环境压力值呈倒抛物线形式减小;(3)在首排风翼板安装位置距离头车司机室前端流线型尾端连接处2 m范围内,列车空气阻力随着距离的增大而降低,所受垂向升力基本保持不变,风翼板前后形成的正负压区范围逐渐变小减弱;(4)首排制动风翼板迎风角在45°~90°内逐渐扩大时,列车所受空气阻力基本保持不变,垂向升力呈先增大后缓降的趋势,气动干扰效应和风翼板迎风面的高压区域逐步减弱;(5)在列车头车车顶最大等间距布置多组制动风翼板时,随着风翼板布置组数的增多,列车承受的空气阻力缓慢增加,垂向升力基本保持不变,制动风翼板间气动干扰效应逐渐增强,风翼板迎风面受压呈现出第1组的受压最大,后续各组压力峰值基本保持一致,略有波动。

高速列车制动风翼板不同迎风角气动性能影响分析

采用计算流体动力学方法,针对不同迎风角带制动风翼板高速列车气动性能影响作了初步分析,分别从列车所受气动力、气动干扰效应及气动噪声等方面对首排制动风翼板不同迎风角度的选择确定作了计算说明,初步研究结果表明:制动风翼板不同安装迎风角度,迎风面所受空气压力分布呈上下2个高正压区,随着迎风角在45°~90°范围内逐渐扩大,下部高压区受压逐渐减弱,同时逐渐与上部高压区上下缩减分离,列车所受空气阻力基本保持不变,阻力系数约为0.24,所受垂向升力呈缓增的趋势,升力系数约在1.4×10^(-3)~2.0×10^(-3)范围内,气动干扰效应及风翼板迎风面所受高压区逐步减弱。

公英制不同大小螺纹牙型角对螺栓组受力的影响

螺栓组连接中,针对公制(美制)和英制所规定的螺纹连接中牙型角的不同,在只受轴向载荷作用且其他条件均相同的情况下,分别对作用于螺纹牙上载荷的大小和分布情况通过Matlab进行计算仿真分析。结果表明:公制60°螺纹牙型角在受力强度及载荷分布均匀性方面都是优于英制55°螺纹牙型角的。且在螺栓连接旋合区段内的受力分析中显示,所施加载荷的近40%的力承受在前几圈螺纹上,以及在沿着旋合方向上所受载荷逐渐呈递减的梯度分布规律。这与我国现代化工业生产中大多采用公制螺纹标准相吻合。